沈康，曾天輝

（中國建筑第二工程局有限公司華東分公司）

1 引言

BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用日益成熟，其具有可視化、參數(shù)化等特征，能夠有效地解決深基坑工程建設(shè)中的難題。本文從長沙未來城城市綜合體項目的實(shí)際出發(fā)，對BIM技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的分析，并對BIM技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究和闡述，對于改善工程質(zhì)量、控制施工進(jìn)度具有十分重要的作用。

2 深基坑工程施工概況

2.1 深基坑工程的施工特點(diǎn)

基坑工程包括地質(zhì)工程、支護(hù)結(jié)構(gòu)工程、施工技術(shù)、施工組織管理等多個方面，其主要特點(diǎn)有：工程施工具有高度的隱蔽性、難以預(yù)測、工程量大、工期緊張、施工工序多、施工工藝復(fù)雜等，這使得基坑工程施工質(zhì)量、工期及施工成本都極易失控，而在深基坑工程的施工中，牽涉多個施工單位，如何有效地進(jìn)行施工信息的有效共享，是當(dāng)前施工控制中的一個關(guān)鍵問題[1]。

2.2 深基坑工程施工中的關(guān)鍵問題

2.2.1 成本問題

深基坑工程是一項規(guī)模大、難度大、風(fēng)險大的工程，它涉及支護(hù)技術(shù)、安全監(jiān)測技術(shù)等一系列系統(tǒng)工程。在以往的經(jīng)驗中，盡管經(jīng)過仔細(xì)的考慮和反復(fù)地推敲，但由于不能確保與實(shí)際的工程相符，常常會出現(xiàn)支護(hù)方案不科學(xué)、原定監(jiān)測方案無法落實(shí)的問題。此外，在進(jìn)行施工交底時，有關(guān)人員的技術(shù)水平不高，技術(shù)不過硬，致使對施工方案的理解不夠透徹，造成了返工、變更、較大誤差等。而且，隨著深基坑建設(shè)的不斷推進(jìn)，在深基坑開挖過程中，往往會出現(xiàn)設(shè)計理念與實(shí)際情況不相符，或者發(fā)現(xiàn)以前的設(shè)計錯誤，從而造成工程變更，增加了深基坑建設(shè)的費(fèi)用[2]。

2.2.2 進(jìn)度問題

深基坑工程的施工規(guī)模很大，容易出現(xiàn)各種突發(fā)狀況，因此需對基坑的施工進(jìn)度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。地下水環(huán)境、地質(zhì)條件、地下管線等因素的影響，將嚴(yán)重影響到深基坑的施工進(jìn)度，同時也會因支護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)、降雨排水、應(yīng)急搶險等意外事故的發(fā)生而延緩或延遲。深基坑的開挖和支撐結(jié)構(gòu)往往是多個施工單位共同完成的，如果兩個項目的進(jìn)度不一致，將會對整個工程的進(jìn)度產(chǎn)生一定的影響。因此，在對各工序的布置和編制進(jìn)度計劃時，往往僅根據(jù)平面圖進(jìn)行簡單的工程量統(tǒng)計，根據(jù)以往施工經(jīng)驗確定施工工序。但是，在平面圖上編制的進(jìn)度計劃，很難準(zhǔn)確地反映出施工現(xiàn)場多階段并行施工的情況，而且整個工程都是一個動態(tài)變化的過程，靜止的二維進(jìn)度計劃很難適應(yīng)工程的實(shí)際需要。

2.2.3 質(zhì)量問題

由于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工材料等問題關(guān)系到施工的安全，因此其施工質(zhì)量要高于普通基坑施工，對施工質(zhì)量的要求也很高。但是，由于深基坑工程與建設(shè)項目一起完工后，施工單位往往會受到片面的影響，認(rèn)為這是一種臨時性的工程，降低對深基坑的質(zhì)量要求，從而使整個深基坑的質(zhì)量受到嚴(yán)重的影響。另外，在深基坑工程中，土體加固、圍護(hù)樁等工程往往會因違規(guī)操作而導(dǎo)致工程質(zhì)量不佳。深基坑工程驗收后的內(nèi)部質(zhì)量問題很難跟蹤，這給后續(xù)的維修與補(bǔ)救工作帶來一定的困難[3]。

2.3 BIM技術(shù)應(yīng)用在深基坑工程施工中的意義

2.3.1 加強(qiáng)了成本管理，提高了效率

BIM模型具有成本與時間的雙重控制作用，使得深基坑工程的物料供給計劃與成本計劃、進(jìn)度計劃相結(jié)合，不僅能夠區(qū)別和明確各個施工階段的物料需要，還可以實(shí)時地記錄材料的接收和使用。利用BIM條形碼掃描功能，可以在物料進(jìn)入工地之前，對所購買的物料進(jìn)行檢驗，利用BIM技術(shù)，可以獨(dú)立生成不同建筑面積的各類物料的使用情況并進(jìn)行查詢，從而實(shí)現(xiàn)對某一地區(qū)或某一類物料的用量進(jìn)行獨(dú)立核算，從而提高施工現(xiàn)場的成本管理工作的效率[4]。

2.3.2 幫助工程按工期完成

利用BIM動態(tài)布置技術(shù)，可以提前對施工場地中的土方運(yùn)輸線路、施工機(jī)械布置、物料堆放地點(diǎn)等進(jìn)行仿真模擬，選取了最優(yōu)的施工方案，并根據(jù)現(xiàn)場仿真結(jié)果，進(jìn)行了現(xiàn)場布置，避免了因施工位置不合理而發(fā)生機(jī)械碰撞等突發(fā)問題而不得不進(jìn)行臨時調(diào)整。BIM的動態(tài)布局不僅可以確保施工進(jìn)度的順利進(jìn)行，而且還可以使施工組織的工作效率得到提高，從而促進(jìn)項目的進(jìn)度。

3 深基坑施工中BIM技術(shù)應(yīng)用的案例分析

3.1 工程項目簡介

本工程位于長沙市長沙縣上灣西路以南、國展路西側(cè)、學(xué)園西路以北、濱河路東側(cè)，由1棟25層酒店（建筑高度99.90m）、1棟38層公寓（建筑高度144.35m）、4層商業(yè)裙房及2層地下室組成?；A(chǔ)形式均為機(jī)械旋挖灌注樁基礎(chǔ)+筏板基礎(chǔ)，建筑類別為超高層公共建筑，建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋砼框剪結(jié)構(gòu)。占地面積13000㎡，總建筑面積約147000㎡，其中商業(yè)建筑面積9068.37㎡，酒店建筑面積94025.72㎡，服務(wù)型公寓建筑面積37606.89㎡。

3.2 深基坑概況

1#棟酒店基坑深度11.05m，2#棟及商業(yè)基坑深度9.65m，局部一層地下室基坑深度7.45m?；颖泵鍭～A1段支護(hù)高度7.650m采用“樁錨支護(hù)”(直徑1000mm支護(hù)樁間距2000mm，4排錨索)；基坑南面D1～D段支護(hù)高度7.650m采用“樁錨支護(hù)”(直徑1000mm支護(hù)樁間距2000mm，4排錨索)；基坑西面A～E～D段支護(hù)高度9.650m采用“樁錨支護(hù)”(直徑1000mm支護(hù)樁間距2000mm，3排錨索)；基坑?xùn)|面A1～A2～A3～C段支護(hù)采用“放坡支護(hù)”(1：1.5與1：2.0結(jié)合放坡)；基坑?xùn)|面C2～A3段支護(hù)采用“放坡支護(hù)”(1：1.5放坡)。

綜合場地環(huán)境以及地層情況，基坑北側(cè)A～B段、東側(cè)B～C段、南側(cè)C～D段、西側(cè)A～D段支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級為一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1，本工程基坑支護(hù)屬臨時性支護(hù)，設(shè)計使用年限不超過2年。

3.3 深基坑施工中BIM技術(shù)應(yīng)用分析

3.3.1 基礎(chǔ)模型的建立

根據(jù)基坑工程的困難及周圍環(huán)境，采用BIM技術(shù)進(jìn)行地基工程的仿真，可以在一定程度上預(yù)測施工中出現(xiàn)的問題?；贐IM的不同需求，BIM模型具有不同的建模要求，在工程應(yīng)用中，主要面向工程設(shè)計和工藝優(yōu)化。比如水電、暖通等需要合作建模的專業(yè)，都要在項目開始前，確定項目的具體位置，方便后續(xù)BIM模型的建立。

在軟件使用上，目前我國BIM應(yīng)用程序的類型很多，各平臺間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化比較困難。所以在組建項目的時候，軟件的選擇和合作是非常重要的。根據(jù)設(shè)計單位的CAD圖紙，采用AutodeskRevit軟件建立信息模型，將標(biāo)高體系、樁位布置等連接到軟件中，建立樁基族、承臺族、承臺族，采用梁元建立承臺梁模型，在每個單元中生成獨(dú)立的族文件，并同時進(jìn)行參數(shù)化的定義。

臨時搭建也是必要的，工程開始前，臨建方案就應(yīng)該在施工中進(jìn)行，在深基坑開挖后，既能滿足辦公和生活的需要，又能兼顧實(shí)際和經(jīng)濟(jì)效益，采用BIM技術(shù)對辦公區(qū)、生活區(qū)進(jìn)行了全面的布局，并對現(xiàn)場使用的臨時圍擋進(jìn)行了仿真。

3.3.2 土方作業(yè)模擬優(yōu)化

該工程采用BIM建模，然后引入BIM 5D進(jìn)行現(xiàn)場仿真，建立基坑開挖過程的仿真，并對土方運(yùn)輸車輛進(jìn)行規(guī)劃，確定開挖過程的思路。在基坑開挖后，土方的搬運(yùn)和支護(hù)是緊密結(jié)合的，而土方作業(yè)又要輔以支護(hù)，首先要達(dá)到支護(hù)工藝的要求，這就要求土方開挖和運(yùn)輸?shù)慕M織設(shè)計。在工程施工中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范進(jìn)行土方開挖，不能超挖，不能超出設(shè)計范圍。結(jié)合工程實(shí)例，采用Revit建立的土方模型，引入BIM 5D，按施工進(jìn)度進(jìn)行分段，進(jìn)行施工仿真。在BIM 5D中，可以進(jìn)行施工動畫的制作，并與項目配合，完成工程進(jìn)度的規(guī)劃，并將BIM 5D與流水區(qū)段的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了整個工程的施工動畫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了工程進(jìn)度的優(yōu)化。

3.3.3 施工成本管理

由于該工程的支撐結(jié)構(gòu)所涉及的材料種類繁多，數(shù)量大，材料成本核算困難。另外，由于設(shè)計變更、價格波動等不確定性，使得工程造價波動大，使得實(shí)時獲取工程造價數(shù)據(jù)更加困難，而利用BIM技術(shù)可以精確控制工程造價。在BIM建模過程中，不僅加入了成本、尺寸、類型等相關(guān)的數(shù)據(jù)，還加入了相應(yīng)的文字說明，在模型建立的時候，所有的材料和材料都會自動生成，并且可以根據(jù)不同的信息進(jìn)行選擇。通過對材料表格資料的查詢，可以使技術(shù)人員提前了解項目的原材料情況，從而大大提高了材料成本的管理水平。同時，通過BIM 5D技術(shù)，實(shí)時更新工地原材料的成本和市場行情，同時針對不同階段的物料、機(jī)械、人員等情況，制定出一套合理的物料需求計劃，防止因物料的供給過多而引起的額外費(fèi)用，同時也能防止因材料的短缺而出現(xiàn)窩工現(xiàn)象，導(dǎo)致工程造價異常上升。項目經(jīng)理在工地管理時，只需在模型中單擊物料選擇，就可以直觀地看到其屬性、規(guī)格、進(jìn)場時間、進(jìn)度、用量等各方面的指標(biāo)，便于工地根據(jù)工程進(jìn)度進(jìn)行物料檢驗，以達(dá)到節(jié)約、控制物料效果的目的。

3.3.4 施工質(zhì)量管理

由于工程建設(shè)涉及的施工單位和技術(shù)領(lǐng)域較多，在施工前，各部門都會根據(jù)基礎(chǔ)的三維模型進(jìn)行技術(shù)交流和分析，相比于平面圖，三維建?？梢宰尮こ痰恼w情況更直觀，也能讓施工人員的意見表達(dá)更加明確，有效地提高了雙方的溝通效率，降低了溝通不暢造成的施工質(zhì)量問題。施工前，施工現(xiàn)場采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工全過程仿真，讓施工單位對施工順序、施工進(jìn)度等有較好的認(rèn)識，并根據(jù)施工進(jìn)度，及時制定合理的施工方案，防止材料提前進(jìn)場、延誤進(jìn)場，保證施工質(zhì)量；清江錦城項目還在建設(shè)過程中，通過建立并掃描材料的二維碼，將材料信息發(fā)送到電腦網(wǎng)絡(luò)或者手機(jī)上，在進(jìn)場之前，對材料進(jìn)行掃描、比對，確保材料符合工程材料的進(jìn)度和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)24h跟蹤。

4 結(jié)語

深基坑工程在我國城市建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛，其開挖深度、占地越來越大，其施工效果直接關(guān)系到整個工程的質(zhì)量。本文通過工程實(shí)例，分析了BIM技術(shù)在深基坑施工中的應(yīng)用，指出BIM技術(shù)可以幫助提高工程質(zhì)量、工期、安全、費(fèi)用控制等。